電解液及其配製方法

2023-08-12 19:48:11 1

專利名稱：電解液及其配製方法
電解液及其配製方法
技術領域：
本發明涉及一種電解液，尤其涉及一種含有四氟硼酸鹽類離子液體的電解液及其配製方法。
背景技術：
雙電層電容器是一種新型能量存儲裝置，具有高功率密度、高循環壽命、快速充放電性能好等優點，被廣泛應用於軍事領域、移動通訊裝置、計算機、以及電動汽車的混合電源等。作為雙電層電容器的重要組成部分，電解液對雙電層電容器的儲電性能有很大影響，決定著電容器的等效內阻，工作電壓範圍，儲電容量及工作溫度和工作環境。離子液體是在室溫或接近室溫的條件下完全由離子組成的有機液體物質。作為一 種新型的電解液。離子液體作為電解液，具有電化學窗口寬、不揮發、不可燃、熱穩定性好等優點。四氟硼酸鹽類離子液體因為原料成本低，是比較具有開發前景的離子液體電解液之一，然而，四氟硼酸鹽類離子液體吸溼性很強，在電化學循環過程中，四氟硼酸鹽類離子液體吸收的水將參與電機反應生成酸，酸會腐蝕雙層電容器的鋁箔，導致使用四氟硼酸鹽類離子液體做電解液的雙電層電容器的穩定性降低。

發明內容鑑於上述狀況，有必要提供一種可增加雙層電容器的穩定性的電解液及其製備方法。一種電解液，包括四氟硼酸鹽類離子液體及溶於所述四氟硼酸鹽類離子液體中的烷基二亞胺類化合物，所述四氟硼酸鹽類離子液體與所述烷基二亞胺類化合物的質量比為I : O. 001 I : O. 05。在優選的實施例中，所述烷基二亞胺類化合物為N，N』 - 二環己基碳二亞胺或N，N』 - 二環戊基碳二亞胺。在優選的實施例中，所述四氟硼酸鹽類離子液體由四氟硼酸根陰離子與咪唑鹽類陽離子、季胺鹽類陽離子、吡咯鹽類陽離子、季膦鹽類陽離子或吡啶鹽類陽離子構成。在優選的實施例中，所述咪唑鹽類陽離子為I-丁基-3-甲基咪唑陽離子、I-丙基-3-甲基咪唑陽離子或I-乙基-3-甲基咪唑陽離子，所述季胺鹽類陽離子為甲基三乙基季胺陽離子、四乙基季胺陽離子或三甲基丙基季胺陽離子，所述吡咯鹽類陽離子為丁基甲基吡咯陽離子、丙基甲基吡咯陽離子或乙基甲基吡咯陽離子，所述季膦鹽類陽離子為三甲基己基季膦陽離子、三乙基己基季膦陽離子或三甲基戊基季膦陽離子，所述吡啶鹽類陽離子為丁基吡啶陽離子、戊基吡啶陽離子或己基吡啶陽離子。一種電解液，包括可由下述化學反應得到的產物步驟一、提供質量比為I : O. 001 I : O. 05的四氟硼酸鹽類離子液體和烷基二亞胺類化合物，所述四氟硼酸鹽類離子液體中含有不可避免的雜質，所述雜質為水；步驟二、向所述四氟硼酸鹽類離子液體中加入烷基二亞胺類化合物並攪拌溶解。
在優選的實施例中，所述四氟硼酸鹽類離子液體與所述烷基二亞胺類化合物的質量比為 I : O. 02 I : O. 05。在優選的實施例中，所述烷基二亞胺類化合物為N，N』 - 二環己基碳二亞胺或N，N』 - 二環戊基碳二亞胺。一種電解液的配製方法，包括以下步驟步驟一、提供質量比為I : O. 001 I : O. 05的四氟硼酸鹽類離子液體和烷基二亞胺類化合物；步驟二、向所述四氟硼酸鹽類離子液體中加入所述烷基二亞胺類化合物並攪拌溶
解。 在優選的實施例中，所述四氟硼酸鹽類離子液體由三氟乙酸根陰離子與咪唑鹽類陽離子、季胺鹽類陽離子、吡咯鹽類陽離子、季膦鹽類陽離子或吡啶鹽類陽離子構成。在優選的實施例中，所述烷基二亞胺類化合物為N，N』 - 二環己基碳二亞胺或N，N』 - 二環戊基碳二亞胺。上述電解液，通過加入烷基二亞胺類化合物，烷烴二亞胺類化合物能和水分子的H鍵結合，從而避免水參與電極反應進而生成酸腐蝕雙層電容器的鋁箔，能大大提高使用該四氟硼酸鹽類離子液體做電解液的雙層電容器的穩定性；且烷基二亞胺類化合物的添加能大幅增加使用該電解液的雙層電容器的穩定性，降低成本。

圖I為使用實施例一中的電解液的雙層電容器與傳統的雙層電容器在不同循環次數下的比電容值。
具體實施方式以下結合具體實施例對電解液及其配製方法做進一步詳細說明。一實施方式的電解液，包括四氟硼酸鹽類離子液體及溶於所述四氟硼酸鹽類離子液體中的烷基二亞胺類化合物，所述四氟硼酸鹽類離子液體與所述烷基二亞胺類化合物的質量比為I : O. 001 I : O. 05。四氟硼酸鹽類離子液體由四氟硼酸根陰離子與咪唑鹽類陽離子、季胺鹽類陽離子、吡咯鹽類陽離子、季膦鹽類陽離子或吡啶鹽類陽離子構成。優選的，咪唑鹽類陽離子為I-丁基-3-甲基咪唑陽離子、I-丙基-3-甲基咪唑陽離子或I-乙基-3-甲基咪唑陽離子。優選的，季胺鹽類陽離子為甲基三乙基季胺陽離子、四乙基季胺陽離子或三甲基丙基季胺陽離子。優選的，吡咯類陽離子為丁基甲基吡咯陽離子、丙基甲基吡咯陽離子或乙基甲基吡咯陽離子。優選的，季膦鹽類陽離子為三甲基己基季膦陽離子、三乙基己基季膦陽離子或三甲基戊基季膦陽離子。優選的，吡啶鹽類陽離子為丁基吡啶陽離子、戊基吡啶陽離子或己基吡啶陽離子。烷基二亞胺類化合物優選為N，N』 - 二環己基碳二亞胺或N，N』 - 二環戊基碳二亞胺。可以理解，烷基二亞胺類化合物不限於為N，N』 - 二環己基碳二亞胺或N，N』 - 二環戊基碳二亞胺，只要是能與四氟硼酸鹽類離子液體中的水發生反應即可。四氟硼酸鹽類離子液體與烷基二亞胺類化合物的質量比優選為I : 0.02 I O. 05ο上述電解液，通過加入烷基二亞胺類化合物，烷烴二亞胺類化合物能和水分子的H鍵結合，從而避免水參與電極反應進而生成酸腐蝕雙層電容器的鋁箔，能大大提高使用該四氟硼酸鹽類離子液體做電解液的雙層電容器的穩定性；且烷基二亞胺類化合物的添加能大幅增加使用該電解液的雙層電容器的穩定性，降低成本。一實施方式的電解液，包括可由下述化學反應得到的產物步驟一、提供質量比為I : O. 001 I : O. 05的四氟硼酸鹽類離子液體和烷基二亞胺類化合物，四氟硼酸鹽類離子液體中含有不可避免的雜質，所述雜質為水。四氟硼酸鹽類離子液體由四氟硼酸根陰離子與咪唑鹽類陽離子、季胺鹽類陽離·子、吡咯鹽類陽離子、季膦鹽類陽離子或吡啶鹽類陽離子構成。優選的，咪唑鹽類陽離子為I-丁基-3-甲基咪唑陽離子、I-丙基-3-甲基咪唑陽離子或I-乙基-3-甲基咪唑陽離子。優選的，季胺鹽類陽離子為甲基三乙基季胺陽離子、四乙基季胺陽離子或三甲基丙基季胺陽離子。優選的，吡咯類陽離子為丁基甲基吡咯陽離子、丙基甲基吡咯陽離子或乙基甲基吡咯陽離子。優選的，季膦鹽類陽離子為三甲基己基季膦陽離子、三乙基己基季膦陽離子或三甲基戊基季膦陽離子。優選的，吡啶鹽類陽離子為丁基吡啶陽離子、戊基吡啶陽離子或己基吡啶陽離子。烷基二亞胺類化合物優選為N，N』 - 二環己基碳二亞胺或N，N』 - 二環戊基碳二亞胺。可以理解，烷基二亞胺類化合物不限於為N，N』 - 二環己基碳二亞胺或N，N』 - 二環戊基碳二亞胺，只要是能與四氟硼酸鹽類離子液體吸溼的水發生反應即可。四氟硼酸鹽類離子液體與所述烷基二亞胺類化合物的質量比優選為I : O. 02 I O. 05ο步驟二、向四氟硼酸鹽類離子液體中加入烷基二亞胺類化合物並攪拌溶解。上述電解液製備時，通過向四氟硼酸鹽類離子液體中加入烷基二亞胺類化合物，烷烴二亞胺類化合物能和水分子的H鍵結合，從而避免水參與電極反應進而生成酸腐蝕雙層電容器的鋁箔，能大大提高使用該四氟硼酸鹽類離子液體做電解液的雙層電容器的穩定性；且烷基二亞胺類化合物的添加能大幅增加使用該電解液的雙層電容器的穩定性，降低成本。—實施方式的電解液的配製方法，包括以下步驟步驟一、提供質量比為I : O. 001 I : O. 05的四氟硼酸鹽類離子液體和烷基二
亞胺類化合物。四氟硼酸鹽類離子液體由四氟硼酸根陰離子與咪唑鹽類陽離子、季胺鹽類陽離子、吡咯鹽類陽離子、季膦鹽類陽離子或吡啶鹽類陽離子構成。優選的，咪唑鹽類陽離子為I-丁基-3-甲基咪唑陽離子、I-丙基-3-甲基咪唑陽離子或I-乙基-3-甲基咪唑陽離子。優選的，季胺鹽類陽離子為甲基三乙基季胺陽離子、四乙基季胺陽離子或三甲基丙基季胺陽離子。優選的，吡咯類陽離子為丁基甲基吡咯陽離子、丙基甲基吡咯陽離子或乙基甲基吡咯陽離子。優選的，季膦鹽類陽離子為三甲基己基季膦陽離子、三乙基己基季膦陽離子或三甲基戊基季膦陽離子。優選的，吡啶鹽類陽離子為丁基吡啶陽離子、戊基吡啶陽離子或己基吡啶陽離子。
烷基二亞胺類化合物優選為N，N』 - 二環己基碳二亞胺或N，N』 - 二環戊基碳二亞胺。可以理解，烷基二亞胺類化合物不限於為N，N』 - 二環己基碳二亞胺或N，N』 - 二環戊基碳二亞胺，只要是能與四氟硼酸鹽類離子液體吸溼的水發生反應即可。四氟硼酸鹽類離子液體與所述烷基二亞胺類化合物的質量比優選為I : O. 02 I O. 05ο步驟二、向四氟硼酸鹽類離子液體中加入烷基二亞胺類化合物並攪拌溶解。上述電解液的配製方法，向四氟硼酸鹽類離子液體中加入烷基二亞胺類化合物，通過烷烴二亞胺類化合物與水分子的H鍵結合，從而去除四氟硼酸鹽類離子液體中游離的水，避免水參與電極反應進而生成酸腐蝕雙層電容器的鋁箔，能大大提高使用該四氟硼酸鹽類離子液體做電解液的雙層電容器的穩定性；且烷基二亞胺類化合物的添加能大幅增加使用該電解液的雙層電容器的穩定性，降低成本。以下為實施例部分實施例一將烷基二亞胺類化合物加入四氟硼酸鹽類離子液體中，攪拌至溶解可得到電解液。本實施方式中，烷基二亞胺類化合物為N，N』 - 二環己基碳二亞胺，四氟硼酸鹽類離子液體為I-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽，四氟硼酸鹽類離子液體與烷基二亞胺類化合物的質量比為I : 0.05。本實施方式中，配製電解液時，在手套箱中進行，將N，N』 - 二環己基碳二亞胺加入I-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽中攪拌10 60分鐘使N，N』 - 二環己基碳二亞胺溶於I-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽中。 將上述電解液應用於雙層電容器並測定該雙層電容器穩定性。測試穩定性時，以石墨烯為電極材料，使用實施例一製備的電解液，組裝成扣式電池，利用CHI660A電化學工作站對其進行恆流充放電測試，測得其比電容保持率，即於30攝氏度條件下，在O 2ν窗口範圍內，以lA/g的恆電流反覆充放電1000個循環後的比電容與首次充放電比電容的比值。請參閱圖1，圖I為使用本實施例中的電解液的雙層電容器與使用未添加N，N』_二環己基碳二亞胺的四氟硼酸鹽類離子液體作為電解液的雙層電容器在不同循環次數下的比電容值。從圖I中可以看出，使用本實施例提供的電解液的雙層電容器的首次充放電比電容為108. 19F/g，循環1000次後的比電容為92. 75F/g，其保持率為85. 73% ;而使用未添加N，N』 - 二環己基碳二亞胺的四氟硼酸鹽類離子液體作為電解液的雙層電容器的首次充放電比電容為108. 7F/g，循環1000次後的比電容為83. 03F/g，其保持率為76. 38%;使用本實施例的電解液的雙層電容器的比電容保持率比同等條件下測得的使用未添加N，N』 - 二環己基碳二亞胺的四氟硼酸鹽類離子液體I-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽作為電解液的雙層電容器的比電容保持率提高了 9. 35%，使用本實施例的電解液的雙層電容器的穩定性有較大的提高。實施例二至十八
實施例二至十八中，將烷基二亞胺類化合物加入四氟硼酸鹽類離子液體中，攪拌至溶解可得到電解液。配製電解液時，在手套箱中進行。實施例二至十八中，烷基二亞胺類化合物、四氟硼酸鹽類離子液體、四氟硼酸鹽類離子液體與烷基二亞胺類化合物的配比、攪拌時間、循環1000次後的比電容保持率及比電容保持率提高的比率參見表I。表I實施例二至十八中電解液的配方及測試數據
權利要求
1.一種電解液，其特徵在於包括四氟硼酸鹽類離子液體及溶於所述四氟硼酸鹽類離子液體中的烷基二亞胺類化合物，所述四氟硼酸鹽類離子液體與所述烷基二亞胺類化合物的質量比為I : O. OOl I : 0.05。
2.如權利要求I所述的電解液，其特徵在於所述烷基二亞胺類化合物為N，N』- 二環己基碳二亞胺或N，N』 - 二環戊基碳二亞胺。
3.如權利要求I所述的電解液，其特徵在於所述四氟硼酸鹽類離子液體由四氟硼酸根陰離子與咪唑鹽類陽離子、季胺鹽類陽離子、吡咯鹽類陽離子、季膦鹽類陽離子或吡啶鹽類陽離子構成。
4.如權利要求3所述的電解液，其特徵在於所述咪唑鹽類陽離子為I-丁基-3-甲基咪唑陽離子、I-丙基-3-甲基咪唑陽離子或I-乙基-3-甲基咪唑陽離子，所述季胺鹽類陽離子為甲基三乙基季胺陽離子、四乙基季胺陽離子或三甲基丙基季胺陽離子，所述吡咯鹽類陽離子為丁基甲基吡咯陽離子、丙基甲基吡咯陽離子或乙基甲基吡咯陽離子，所述季膦鹽類陽離子為三甲基己基季膦陽離子、三乙基己基季膦陽離子或三甲基戊基季膦陽離子，所述吡啶鹽類陽離子為丁基吡啶陽離子、戊基吡啶陽離子或己基吡啶陽離子。
5.一種電解液，其特徵在於，包括可由下述化學反應得到的產物 步驟一、提供質量比為I : O. 001 I : O. 05的四氟硼酸鹽類離子液體和烷基二亞胺類化合物，所述四氟硼酸鹽類離子液體中含有不可避免的雜質，所述雜質為水； 步驟二、向所述四氟硼酸鹽類離子液體中加入烷基二亞胺類化合物並攪拌溶解。
6.如權利要求5所述的電解液，其特徵在於所述四氟硼酸鹽類離子液體與所述烷基二亞胺類化合物的質量比為I : O. 02 I : 0.05。
7.如權利要求5所述的電解液，其特徵在於所述烷基二亞胺類化合物為N，N』- 二環己基碳二亞胺或N，N』 - 二環戊基碳二亞胺。
8.一種電解液的配製方法，包括以下步驟 步驟一、提供質量比為I : O. 001 I : O. 05的四氟硼酸鹽類離子液體和烷基二亞胺類化合物； 步驟二、向所述四氟硼酸鹽類離子液體中加入所述烷基二亞胺類化合物並攪拌溶解。
9.如權利要求8所述的電解液的配製方法，其特徵在於所述四氟硼酸鹽類離子液體由三氟乙酸根陰離子與咪唑鹽類陽離子、季胺鹽類陽離子、吡咯鹽類陽離子、季膦鹽類陽離 子或吡啶鹽類陽離子構成。
10.如權利要求8所述的電解液的配製方法，其特徵在於所述烷基二亞胺類化合物為N, N』 - 二環己基碳二亞胺或N，N』 - 二環戊基碳二亞胺。
全文摘要
一種電解液，包括四氟硼酸鹽類離子液體及溶於所述四氟硼酸鹽類離子液體中的烷基二亞胺類化合物，所述四氟硼酸鹽類離子液體與所述烷基二亞胺類化合物的質量比為1∶0.001～1∶0.05。上述電解液，通過加入烷基二亞胺類化合物，烷烴二亞胺類化合物能和水分子的H鍵結合，從而避免水參與電極反應進而生成酸腐蝕雙層電容器的鋁箔，能大大提高使用該四氟硼酸鹽類離子液體做電解液的雙層電容器的穩定性；且烷基二亞胺類化合物的添加能大幅增加使用該電解液的雙層電容器的穩定性，降低成本。
文檔編號H01G11/64GK102956367SQ201110237918
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月18日 優先權日2011年8月18日
發明者周明傑, 鄧惠仁, 王要兵 申請人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術有限公司